混凝土中氯离子含量对耐久性的实验分析

前言

混凝土是当前建筑行业应用范围最广的建筑材料之一，其耐用程度直接影响着建筑工程的使用年限和安全性能。在一些海洋环境或是需要使用除冰盐的区域，氯离子给混凝土结构带来的侵蚀往往是不可逆的，严重影响到整体混凝土结构的安全性和稳定性。氯离子会逐渐渗透到混凝土的孔隙结构，使得钢筋发生锈蚀，进而导致混凝土出现开裂、脱落等问题，严重威胁混凝土结构的耐久性。因此，本文将深入探究混凝土中氯离子的含量和其耐久性之间的关联，制定有效策略促进混凝土在今后应用的效率与质量。

1 氯离子侵蚀混凝土的原理

1.1 氯离子的传输途径

氯离子在混凝土中的传输主要是通过扩散、渗透和毛细作用等方式。其中扩散作用于混凝土中，表现为混凝土内部存在氯离子浓度梯度，氯离子会逐渐从高浓度区域扩散到低浓度区域。渗透作用下氯离子在混凝土传输，是在压力差作用下，含氯离子溶液经过混凝土的孔隙和裂缝成功渗透到混凝土内部。毛细作用下混凝土中氯离子的传输是由于混凝土多孔属性，在毛细压力的驱动下，氯离子溶液会沿着毛细管孔隙进入混凝土内部[1]。

1.2 氯离子对混凝土结构的破坏机制

氯离子进入混凝土内部后，会破坏钢筋表面的钝化膜，钢筋在失去钝化保护后，会引发钢筋锈蚀。钢筋锈蚀的出现会导致整体混凝土结构体积膨胀，从而出现开裂、剥落等异常情况，这些异常情况的出现会进一步加速氯离子和其他有害物质的侵入。此外，氯离子与混凝土中水泥水化产物发生化学反应，当内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝，从而降低混凝土的强度和耐久性[2]。

2 混凝土中氯离子含量检测方法

2.1 氯离子选择性电极法

在检测混凝土中氯离子含量方法中，主要包括：氯离子选择性电极法、荧光光谱法、离子色谱法。（1）氯离子选择性电极法，是在氯离子选择性电极对氯离子选择性相应基础上得出的，通过对电极电位的测量，实现对混凝土中氯离子含量的准确测定。（2）荧光光谱法，利用荧光分析技术，这类技术手段具有准确性高、检测速度快以及操作简便等多项优点。（3）离子色谱法，这种检测方法具有检测精度高、分析速度快等优点，能够满足大规模混凝土样品的检测[3]。

3 实验设计

3.1 实验材料

在实验中对于水泥选择，本次选用 P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，细度模数2.6的天然河砂（含泥量 1.2% ）， 5～20mm 连续级配碎石（压碎指标 8.5% ），自来水拌合，分析纯 ΔNaCl 提供氯离子。

3.2 试件制备

设 5 组试件，初始氯离子含量（占水泥质量）为 0% （对照），剩余四组氯离子含量分别为 0.3% 、 0.6% 、 0.9% 、 1.2% 。配合比水胶比 0.5、砂率35% ，强制搅拌3 分钟后入 100mm 立方体试模，振捣密实。在二十四小时后脱模，然后将其放入标准养护室（ 20±2^∘C ， ）内进行养护，养护的时间需要控制在28 天。

3.3 试验方法

在正式开始试验时，（1）使用干湿循环模拟侵蚀，将温度设置在 60^∘C ，烘干 48h，之后将混凝土 3.5%NaCl 溶液浸泡 24 小时的湿循环，两个阶段依次进行，共同构成一个完整的循环周期（总时长72 小时）。每 20 次循环测试：（2）氯离子分布：钻孔取粉（每 10mm 一层），化学分析法测定；（3）抗压强度：压力机按2.4kN/s 加载，每组3 试件取均值；（3）外观监测：记录裂缝、剥落，用 0.02mm 精度仪器测缝宽

3.4 试验结果

在本次实验中，随着循环次数增加，氯离子内部持续扩散，初始含量越高，相同深度氯离子浓度越大。在 100 次循环后， 1.2% 组 30mm 处含量达 0.45% ，对照组仅 0.02% 。抗压强度呈下降趋势， 1.2% 组 100 次循环后强度保留 60% ，对照组为 90% 。外观上， 1.2% 组30 次循环出现裂缝，100次循环剥落明显，对照组100 次仅轻微起皮。

4 提高混凝土抗氯离子侵蚀耐久性的措施

4.1 优化混凝土配合比

在提高混凝土抗氯离子侵蚀耐久性上，通过对混凝土配合比的优化，减少混凝土内部空隙率，提高混凝土的密实度，降低氯离子侵入混凝土的速率。设计配合比中，工作人员可以适当增加水泥用量，合理掺入粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料，降低水胶比的同时，还能保证矿物掺合料能够与水泥水化产物中的氢氧化钙发生二次反应，生成更多的凝胶物质，从而对混凝土内部孔隙进行填充，提高混凝土的抗渗性和抗氯离子侵蚀能力[4]。

4.2 表面防护措施

在混凝土表层构建物理屏障主要通过表面防护，利用涂层防护技术通过开展表面防护直接阻挡氯离子与基体的接触，延长混凝土结构寿命。在实际工程中应用广泛，选择涂层时需重点考量其投入应用后的附着性、弹性与耐候性。环氧树脂涂层凭借优异的化学稳定性，在干燥环境下可形成连续的防渗膜，但在长期浸泡环境中需注意其与混凝土基层的粘结力衰减问题，施工时控制其应用数据（如表1），从而增强涂层附着力。

4.3 钢筋防护措施

做好钢筋防护也是提高混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久性的重要措施之一。镀锌钢筋保护钢筋往往会通过表面锌层的牺牲阳极作用，在氯离子环境中，锌会优先发生腐蚀，从而形成氧化锌保护膜，这种保护膜的出现能够延缓钢筋锈蚀。而环氧涂层钢筋在钢筋表面涂覆环氧树脂薄膜，这种薄膜有着较高的化学稳定性，能够实现氯离子与钢筋的完全隔绝，但在施工过程中需要避免涂层划伤，即使有涂层划伤情况也需要进行现场修补[5]。

此外，在开展钢筋防护工作，还可以应用钢筋阻锈剂。亚硝酸钠作为一种无机类阻锈剂，能在钢筋表面形成氧化膜，抑制阳极反应；而胺类化合物这种有机类阻锈剂，在对钢筋防护中可以通过吸附在钢筋表面形成保护层，阻挡氯离子吸附。对于已发生轻微锈蚀的钢筋，钢筋防护可以采用电化学防护技术，确保防护效果的均匀性。

结束语

综上所述，混凝土中氯离子含量和其耐久性之间的定量关联得以明确。实验结果显示，当氯离子含量上升时，混凝土耐久性会出现不同幅度的减弱。本文从优化混凝土配合比、表面防护措施以及钢筋防护措施入手提高混凝土抗氯离子侵蚀耐久性，为混凝土结构的长期稳定提供支持和帮助。

参考文献

[1]陈文龙,周旭东,张宇,等.电化学除氯对钢筋腐蚀状态及其周围混凝土微观结构的影响[J].材料导报,2024,38(23):72-79.

[2]易浩,李北星,殷实,等.再生砂混凝土的吸水与抗氯离子渗透性能影响因素研究[J].混凝土,2024,(11):61-66+73.

[3]田晓薇.紫外可见分光光度法在混凝土用砂氯离子检测中的应用研究[J].当代化工研究,2024,(22):156-158.

[4]李国满,李浩然,邱国斌,等.混凝土氯盐-硫酸盐耦合侵蚀机理、模型及 数值模拟研究进展[J].硅酸盐通报,2024,43(11):3935-3946+3967.

[5]沈湜祎,梅开元,王斌,等.持续载荷下氯离子对海洋基础设施用混凝土性能及结构的影响[J].土工基础,2023,37(06):950-953.